Phân tích cấu trúc, hàm lượng của dẫn xuất 2 (4,6 diclo 8 metyl quinolin 2 yl) 5,7 di(tertbutyl) 1,3 tropolon bằng một số phương pháp phân tích hóa lý hiện đại

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ QUYÊN

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA
MỘT SỐ DẪN XUẤT 2-(4,6-DICLO-8-METYLQUINOLIN2-YL)-5,7-DI(TERT-BUTYL)-1,3 TROPOLON BẰNG MỘT SỐ
PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

THÁI NGUYÊN - 2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

PHẠM THỊ QUYÊN

PHÂN TÍCH CẤU TRÚC, HÀM LƯỢNG CỦA
MỘT SỐ DẪN XUẤT 2-(4,6-DICLO-8-METYLQUINOLIN2-YL)-5,7-DI(TERT-BUTYL)-1,3 TROPOLON BẰNG MỘT SỐ
PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ HIỆN ĐẠI

Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60 44 01 18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. DƯƠNG NGHĨA BANG

THÁI NGUYÊN-2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn PGS. TS Dương Nghĩa Bang - Trưởng
Khoa Hóa - Trường Đại Học Khoa Học - Đại Học Thái Nguyên, đã hướng
dẫn em tận tình, chu đáo trong suốt quá trình làm luận văn, giúp em hoàn
thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn:
- TS. Phạm Thế Chính - Phó Khoa Hóa - Trường Đại Học Khoa HọcĐại Học Thái Nguyên, đã giúp em trong quá trình phân tích và xử lý kết quả.
- Ban lãnh đạo khoa Hóa học trường Đại học Khoa học - ĐHTN, tập thể
các thầy cô, anh chị và các bạn tại khoa Hóa học trường Đại học Khoa học ĐHTN đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình hoàn thành luận văn.
Cũng nhân dịp này em bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè
đã động viên, tạo điều kiện giúp đỡ em về cả vật chất lẫn tinh thần trong suốt
quá trình học tập và hoàn thành luận văn này.
Tác giả luận văn

Phạm Thị Quyên

a
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................a
MỤC LỤC ......................................................................................................... b
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .........................................................................e
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. f
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 3
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc ..................................... 3
1.1.1. Phương pháp phổ tử ngoại (UV) ............................................................. 3
1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) .......................................................... 6
1.1.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân ............................................. 8
1.1.4. Phương pháp phổ khối lượng (MS) ...................................................... 13
1.2. Tổng quan về quinolin và tropolon .......................................................... 14
1.2.1. Quinolin................................................................................................. 14
1.2.2. Tropolon ................................................................................................ 17
Chương 2. THỰC NGHIỆM ........................................................................ 18
2.1. Dụng cụ, hóa chất và phương pháp phân tích .......................................... 18
2.2. Tổng hợp 3,5-đi(tert-butyl)-1,2-benzoquinon .......................................... 19
2.2.1. Tổng hợp 3,5-đi(tert-butyl)catechol ...................................................... 19
2.2.2. Tổng hợp 3,5-đi(tert-butyl)-1,2-benzoquinon ....................................... 20
2.3. Tổng hợp và kết quả phân tích các mẫu quinolin .................................... 20
2.3.1. Tổng hợp 6-Clo-2,8-đimetyl quinolin-4(1H)-on .................................. 20
2.3.2. Tổng hợp và kết quả phân tích 4,6-điclo-2,8-đimetyl quinolin ............ 21
2.4.3. Tổng hợp và phân tích 4,6-điclo-2,8-đimetyl-5-nitro quinolin............. 21
2.4. Tổng hợp và phân tích các mẫu tropolon ................................................. 22
2.4.1. Tổng hợp và phân tích 2-(4,6-điclo-8-metyl-quinolin-2-yl)-5,7đi(tert-butyl)-1,3-tropolon ............................................................................... 22
b
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

2.4.2. Tổng hợp và phân tích 2-(4,6-điclo-8-metyl-5-nitro quinolin-2-yl)5,7-đi(tert-butyl) -1,3-tropolon........................................................................ 24
2.5. Phân tích hàm lượng chất thu được bằng phương pháp LC-MS ............. 25
2.5.1. Hóa chất, thiết bị ................................................................................... 25
2.5.2. Thiết lập các thông số cho hệ thống LC/MS......................................... 25
2.5.3. Chuẩn bị mẫu ........................................................................................ 26
2.5.4. Kết quả phân tích .................................................................................. 26
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 27
3.1. Kết quả tổng hợp và phân tích các quinolin............................................. 27
3.1.1. Kết quả tổng hợp và phân tích xác định cấu trúc của 4,6-điclo-2,8đimetyl quinolin .............................................................................................. 27
3.1.2. Kết quả tổng hợp và phân tích xác định cấu trúc của 5-nitro-4,6điclo-2,8-đimetyl quinolin............................................................................... 28
3.2. Kết quả tổng hợp và phân tích xác định cấu trúc các tropolon ................ 29
3.2.1. Kết quả tổng hợp và phân tích cấu trúc của 2-(4,6-điclo-8-metylquinolin-2-yl)-5,7-đi(tert-butyl)-1,3-tropolon................................................. 31
3.2.2. Kết quả

phân tích cấu trúc của 2-(5-nitro-4,6-diclo-8-metyl

quinolin-2-yl)-5,7-di(tert-butyl) -1,3-tropolon................................................ 34
3.3. Kết quả phân tích hàm lượng ................................................................... 38
KẾT LUẬN .................................................................................................... 40
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 41
PHỤ LỤC

c
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

d
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Me

Metyl

Py

Pyridine

PPA

Axit poliphotphoric

t-Bu

ter-Butanol

MeOH

Metanol

Ome

Metoxi

UV

Ultraviolet

MS

Mass Spectrometry

NMR

Nuclear magnetic resonance

HPLC

High-performance liquid chromatography

e
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang

Hình 1:

Một số hợp chất chứa hệ quinolin, tropolon đã sử dụng làm thuốc ..... 2

Hình 1.2: Phổ hồng ngoại của benzyl ancol.................................................... 7
Hình 3.1: Sự phân bố mật độ electron trên vòng benzen .............................. 29
Hình 3.2: Cấu trúc của 2-(4,6-điclo-8-metyl-quinolin-2-yl)-5,7- đi(tertbutyl)-1,3-tropolon ........................................................................ 32
Hình 3.3: Phổ 1H-NMR của hợp chất QUYEN3 .......................................... 33
Hình 3.4: Phổ 13C-NMR của hợp chất QUYEN3 ......................................... 34
Hình 3.5: Cấu trúc của 2-(5-nitro-4,6-diclo-8-metyl quinolin-2-yl)-5,7di(tert-butyl) -1,3-tropolon ............................................................ 35
Hình 3.6: Phổ 1H-NMR của hợp chất QUYEN4 .......................................... 35
Hình 3.7: Phổ 13C-NMR của hợp chất QUYEN4 ......................................... 36
Hình 3.8: Phổ MS của hợp chất QUYEN4 ................................................... 37
Hình 3.9: Phổ HPLC của hợp chất QUYEN4 ............................................... 39

f
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




MỞ ĐẦU
Hiê ̣n nay ở nước ta việc ứng dụng các phương pháp phổ trong giảng
da ̣y, ho ̣c tâ ̣p, nghiên cứu khoa ho ̣c và trong đời số ng sản xuấ t là rất phổ biến.
Các phương pháp phổ không chỉ ứng dụng trong pha ̣m vi ngành hóa học mà
còn ở nhiề u ngành khác nhau như hóa sinh, y dươ ̣c, nông nghiê ̣p, dầu khí,
vâ ̣t liê ̣u, môi trường.
Sự phát triển mạnh mẽ của các phương pháp phổ đã giúp cho việc
nghiên cứu trong các ngành Khoa học đặc biệt là Tổng hợp hữu cơ trở nên dễ
dàng hơn, phát triển nhanh hơn. Trước đây, để chứng minh cấ u ta ̣o của mô ̣t
chấ t có thể mấ t hàng năm hoă ̣c có khi kéo dài nhiều năm thì nay có thể thực
hiện sau vài giờ, sở di ̃ làm được như vâ ̣y là nhờ sự hỗ trơ ̣ của các phương
pháp vật lý hiện đa ̣i.

Để phân tích cấ u trúc của các hơ ̣p chấ t hữu cơ có thể sử du ̣ng các
phương pháp phổ như phổ hồng ngoại, phổ tử ngoa ̣i khả kiế n, phổ cô ̣ng
hưởng từ ha ̣t nhân, phổ khối lươ ̣ng. Mỗi phương pháp cho phép xác định mô ̣t
số thông tin khác nhau của cấ u trúc phân tử và hỗ trợ lẫn nhau trong việc xác
định cấu trúc các hợp chất hữu cơ.
Những hợp chất hữu cơ có chứa hệ quinolin, tropolon thường thể hiện
có hoạt tính sinh học đa dạng. Nhiều hợp chất đã được sử dụng làm thành
phần chính trong một số loại thuốc lưu hành trên thị trường. Quinin (thuốc
chống sốt rét), Sopcain (thuốc gây mê), plasmoxin và acrikhin (thuốc chống
sốt rét), Colsamin (thuốc chống mụn nhọt, khối u), Colchicin (chống bệnh
gút). Chính vì vậy trong những năm gần đây nhiều nhà khoa học trong nước
cũng như trên thế giới tập trung mạnh mẽ vào việc tổng hợp cũng như nghiên
cứu cấu trúc và hoạt tính sinh học của chúng. Điều này được thể hiện qua
nhiều công trình được đăng tải trên các tạp chí có uy tín trên thế giới cũng
như ở trong nước như công trình của Zhe-Shan Quan, Rui-Hua Guo (Trung
1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Quốc)[15], Hitomi Suzuki (Nhật Bản)[9], Maria Koufaki (Ba Lan)[7], Minkin
V.I (Nga) [3,20], Redington RL (Mĩ)[21], Nguyễn Minh Thảo[1], Nguyễn
Đình Triệu [2], Dương Nghĩa Bang [3], v.v. Dưới đây là một số quinolin,
tropolon có trong dược phẩm đã và đang lưu hành:
MeO




HO

CH2



CH



CH2

N

H3CO

CH = CH2

Quinin

HN CH(CH2)3N(C2H5)2
Plasmoxin

H

MeO

N
CH3

N

NR1R2
CHON(CH2)2N(C2H5)2

OMe
O

Colxamine R1=R2=Me
OMe
Colchicine R1=H, R2=COMe

N

O(CH2)3CH3

Sopcain

Hình 1: Một số hợp chất chứa hệ quinolin, tropolon đã sử dụng làm thuốc
Từ những lý do nêu trên, chúng tôi chọn đề tài “ Phân tích cấu trúc,
hàm lượng của dẫn xuất 2-(4,6-diclo-8-metyl quinolin-2-yl)-5,7-di(tertbutyl)-1,3-tropolon bằng một số phương pháp phân tích hóa lý hiện đại”.
Mục tiêu chính của đề tài là sử du ̣ng các phương pháp phổ hiê ̣n đa ̣i như
1

H-NMR,

13

C-NMR và phương pháp phổ khối lượng MS để phân tích cấu

trúc của một số dẫn xuất của 2-(4,6-diclo-8-metylquinolin-2-yl)-5,7-di(tertbutyl)-1,3-tropolon tổng hợp được. Sử dụng phương pháp phân tích sắc ký
lỏng hiệu năng cao HPLC để xác định hàm lượng của sản phẩm trong các
mẫu thu được.

2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Chương 1

TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về các phương pháp xác định cấu trúc
1.1.1. Phương pháp phổ tử ngoại (UV)
Phổ tử ngoại, viết tắt là UV (Utraviolet ) là phương pháp phân tích
được sử dụng rộng rãi từ lâu. Phương pháp dựa trên khả năng hấp thu chọn
lọc các bức xạ (tử ngoại) chiếu vào dung dịch chất phân tích trong 1 dung
môi nhất định.
Phổ tử ngoại của các hợp chất hữu cơ gắn liền với bước chuyển
electron giữa các mức năng lượng electron trong phân tử khi các electron
chuyển từ các obitan liên kết hoặc không liên kết lên các obitan phản liên kết
có mức năng lượng cao hơn, đòi hỏi phải hấp thụ năng lượng từ ngoài.
Các electron nằm ở obitan liên kết

nhảy lên obitan phản liên kết

có mức năng lượng cao nhất, ứng với bước sóng 120-150 nm, nằm ở vùng tử
ngoại xa. Các electron

và các electron p (cặp electron tự do) nhảy lên obitan

phản liên kết π* có mức năng lượng lớn hơn, ứng với bước sóng nằm trong
vùng tử ngoại (200-400 nm).
1.1.1.1. Cơ sở lý thuyết
a. Bước chuyển dời năng lượng.
Ở điều kiện bình thường, các electron trong phân tử nằm ở trạng thái
cơ bản, khi có ánh sáng kích thích với tần số v thích hợp thì các electron
này sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển lên trạng thái kích thích có bước năng
lượng cao hơn.
Hiệu số mức năng lượng giữa hai obitan chính là năng lượng hấp thụ từ
nguồn sáng kích thích bên ngoài.
Hiệu số giữa các mức năng lượng này khác nhau là vì:
3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Do đó chiều dài bước sóng của các cực đại hấp thụ sẽ ngược lại.
Thường trong quá trình kích thích electron có kèm theo quá trình quay
và dao động của phân tử, do đó năng lượng chung của hệ phân tử bằng tổng
năng lượng của các quá trình trên.
Etổng số= Eq + Ed + Ee
Trong đó: Ee là năng lượng kích thích electron
Ed là năng lượng dao động của các nguyên tử
Eq là năng lượng quay
Bước nhảy năng lượng đối với sự kích thích electron lớn hơn bước
nhảy năng lượng đối với sự dao động và lớn hơn bước nhảy năng lượng ứng
với sự quay phân tử nhiều.

Ee >> Ed >> Eq
Do đó, khi ghi phổ tử ngoại của các hợp chất trạng thái hơi, ta nhận
được phổ với nhiều đỉnh tinh vi đặc trưng cho quá trình quay và dao động
của phân tử.
b. Sự liên hợp của các nhóm mang màu.
Các chất có màu là do trong phân tử có chứa nhiều nhóm nối đôi hay
nối ba như C=C, C=O, C=N, N=N, C

C, N

N,… do vậy các nhóm này

được gọi là nhóm mang màu. Nếu như có nhiều nhóm liên hợp với nhau thì
màu của chúng càng đậm. các chất có chứa nhiều nhóm liên hợp có màu đậm
thì cực đại hấp thụ chuyển dịch về phía sóng dài. Có các kiểu liên hợp là:
 Liên hợp
 Liên hợp
 Liên hợp
c. Nguyên lí Franck-condon.
4
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Mỗi bước chuyển electron đều kèm theo bước chuyển dao động và các
bước chuyển này đều tuân theo qui luật lựa chọn, gọi là nguyên lí Franck condon. Vì bước chuyển từ một trạng thái electron này sang một trạng thái
khác xảy ra rất nhanh, trong khi đó dao động hạt nhân xảy ra chậm hơn nên
khoảng cách hạt nhân hầu như không thay đổi trong khoảng thời gian chuyển
electron này.

Theo nguyên lí Franck - condon thì ở trong sự kích thích electron rất
nhanh, bước chuyển giữa trạng thái dao động nào không làm thay đổi khoảng
cách hạt nhân sẽ có xác suất lớn nhất.
Ta phân biệt hai trường hợp:
- Khi phân tử bị kích thích electron, khoảng cách cân bằng giữa các
nguyên tử không đổi thì đường phổ có cấu trúc bất đối xứng.
- Khi phân tử bị kích thích electron, khoảng cách cân bằng giữa các
nguyên tử lớn lên thì đường phổ có cấu trúc đối xứng.
d. Các yếu tố ảnh hưởng đến cực đại hấp thụ
- Hiệu ứng nhóm thế
Khi thay thế nguyên tử H của hợp chất anken hay vòng thơm bằng các
nhóm thế khác nhau, tùy theo nhóm thế đó có liên hợp hay không với hệ nối
đôi của phân tử mà ảnh hưởng nhiều hay ít đến phổ tử ngoại của phân tử. Đối
với các nhóm thế không liên hợp thì ảnh hưởng ít, còn các nhóm thế liên hợp
thì ảnh hưởng mạnh, làm chuyển dịch cực đại hấp thụ về phía sóng dài và làm
tăng cường độ hấp thụ.
- Hiệu ứng lập thể
Hiệu ứng lập thể như đồng phân cis-trans, tính đồng phẳng của phân tử
có ảnh hưởng mạnh đến hấp thụ cực đại.
- Ảnh hưởng của dung môi
5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Dung môi có ảnh hưởng mạnh đến vị trí cực đại hấp thụ tùy theo độ
phân cực của chúng. Ảnh hưởng này khác nhau đối với các dải hấp thụ khác
nhau. Khi tăng độ phân cực của dung môi thì giải K chuyển dịch về phía sóng
dài, còn giải R lại chuyển dịch về phía sóng ngắn.

1.1.1.2. Ứng dụng của phương pháp phổ tử ngoại
Phương pháp phổ tử ngoại có ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực phân
tích định tính, phân tích cấu trúc phân tử và phân tích định lượng.
Phương pháp phổ tử ngoại trong phân tích định lượng có độ nhạy cao,
có thể phát hiện được một lượng nhỏ chất hữu cơ hoặc ion vô cơ trong dung
dich, sai số tương đối nhỏ ( chỉ 1% đến 3%). Ngoài ra cũng được sử dụng để
xác định hằng số cân bằng, hằng số phân li và nghiên cứu động học phản ứng.
1.1.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
1.1.2.1. Cơ sở lí thuyết
Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại là một trong những kỹ thuật
phân tích rất hiệu quả. Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của phương
pháp phổ hồng ngoại vượt hơn những phương pháp phân tích cấu trúc khác (nhiễu
xạ tia X, cộng hưởng từ điện tử, vv…) là phương pháp này cung cấp thông tin về
cấu trúc phân tử nhanh, không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức tạp.
Kỹ thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản là: Các hợp chấp hoá học có
khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi hấp thụ các bức xạ
hồng ngoại, các phân tử của các hợp chất hoá học dao động với nhiều vận tốc
dao động và xuất hiện dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại.
Các đám phổ khác nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương ứng với
các nhóm chức đặc trưng và các liên kết có trong phân tử hợp chất hoá học.
Bởi vậy phổ hồng ngoại của một hợp chất hoá học coi như "dấu vân tay", có
thể căn cứ vào đó để nhận dạng chúng.

6
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Hình 1.1. Phổ hồng ngoại của benzyl ancol

1.1.2.2. Ứng dụng phổ hồng ngoại trong phân tích hữu cơ
Quang phổ hồng ngoại được sử dụng để nhận biết các chất (kiểm tra
độ tinh khiết), để xác định các nhóm chức (phân tích cấu tạo), để định
lượng hợp chất hữu cơ và để nghiên cứu tác dụng tương hỗ nội phân tử và
ngoại phân tử…
Để kiểm tra độ tinh khiết người ta đem so phổ đồ của chất với phổ đồ
mẫu có sẵn trong phổ đồ bản hoặc thư viện phổ (sử dụng phần mềm máy
tính). Nói chung để nhận biết một chất chưa biết bằng phương pháp phổ hồng
ngoại, điều quan trọng là phải biết giải thích phổ.
Cách giải phổ hồng ngoại:
1. Dựa vào dạng phổ đồ có thể đánh giá định tính hợp chất chưa biết
thuộc loại thơm hay béo (vùng dấu vân tay).
2. Quan sát vùng dao động hóa trị C-H và nhận biết các dải có nguồn
gốc hoặc béo hoặc thơm/olefin.
3. Đánh giá mức độ phân nhánh mạch cacbon dựa vào sự đánh giá gần
đúng tỉ lệ metyl: metilen từ cường độ tương đối của các giải hấp thụ trong
vùng C-H bão hòa dưới 3000cm-1
4. Quan sát vùng tần số cao của phổ 4000 - 3000 cm-1. Sự xuất hiện của các
dải trong vùng này là do sự có mặt của các liên kết O-H, N-H và

7
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




5. Quan sát các dải có cường độ tương đối trong vùng 2500-1600 cm-1
cho biết sự vắng mặt hay có mặt các liên kết C

C, C

N, C=O, C=C.

6. Từ các kết quả quan sát 1 đến 5 cố gắng phân loại hợp chất, trên cơ
sở phân loại này ta quan sát tiếp vùng dấu vân tay để củng cố cho cấu tạo
được giả thiết.
7. Nếu không có các giải hấp thụ trong vùng nhóm chức, không kể các
giải dao động hóa trị C-H thì xem có khả năng là các ete, ankyl hallogenua,
hợp chất chứa lưu huỳnh, amin bậc 3 và hợp chất nitro, và dựa vào bảng tần
số đặc trưng nhóm xem xét tiếp.
Trong trường hợp thông tin cấu trúc dự đoán chưa đủ tin cậy thì cần
dựa vào các phương pháp phổ khác hoặc bằng mẫu thử hóa học thích hợp.
Ngoài ra, trên cơ sở của định luật Lambert - Beer phổ hồng ngoại còn
được ứng dụng trong phân tích định lượng.
1.1.3. Phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân
Cộng hưởng từ hạt nhân (viết tắt NMR-Nuclear Magnetic Resonance)
là hiện tượng một hạt nhân nguyên tử nằm trong từ trường hấp thụ hoặc phát
xạ một bức xạ điện từ. Cộng hưởng từ hạt nhân cũng được xem là một
nhóm các phương pháp khoa học áp dụng cộng hưởng từ hạt nhân vào việc
nghiên cứu các phân tử. Phương pháp phổ biến được sử dụng là là phổ 1HNMR và 13C-NMR.
1.1.3.1. Cơ sở lí thuyết
a. Tính chất từ của hạt nhân
Các hạt nhân nguyên tử tích điện dương, tự quay quanh mình sinh ra
một dòng điện vòng. Dòng điện này tạo ra một từ trường có mômen từ μ. Mặt
khác khi hạt nhân quay cũng sinh ra một mômen quay được gọi là mômen
spin hạt nhân P. Chúng có quan hệ với nhau qua biểu thức:
μ=γ.P
8
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN

Trong đó: μ: momen từ
P: Momen góc
γ: hệ số từ thẩm
Giá trị tuyệt đối của momen spin hạt nhân P tính theo I:
P = (h/2π).I
Giá trị tuyệt đối của momen từ µ tính theo I:
µ = γ (h/2π).I
I: số lượng tử spin hạt nhân. I = 0 thì µ = P = 0
Nếu I ≠ 0 thì µ ≠ 0 và P ≠ 0 khi đó hạt nhân được gọi là hạt nhân từ.
Đây là điều kiện để có cộng hưởng từ.
Bảng 1.1. Những hạt nhân thường gặp trong hợp chất hữu cơ
Đồng

% trong tự

Số

Số

I

µ

Độ nhạy tương

1vịH
2D

12 C
13 C
14 N
15 N
16 O
17 O
35 Cl
37 Cl
79 Br
81 Br
19 F
31 P

99,98
nhiên
1,56.10-2
98,89
1,108
99,635
0.365
99,96
3,7.10-2
75,4
24,6
50,57
49,43
100
100

1

proton
1
6
6
7
7
8
8
17
17
35
35
19
31

0
nơtron
1
6
7
7
8
8
9
18
20
44
46
0
0

½
1
0
½
0
5/2
3/2
3/2
3/2
3/2
3/2
3/2
½
½

2,793
0,857

1,000
đối
9,64.10-3

0.702
0.404
-0,283

1,59.10-2
1,01.10-3
1,04.10-3

-1,893
0.821
0.683
2,099
2,263

2,91. 10-2
4,71.10-3
2,72.10-3
7,86.10-2
9,84.10-2
0,833
6,6310-2

b. Hằng số chắn và từ trường hiệu dụng
Hằng số chắn xuất hiện do hai nguyên nhân:
- Hiệu ứng nghịch từ.
9
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




- Hiệu ứng thuận từ.
Tỷ lệ cường độ tín hiệu của mỗi nhóm tuân theo tam giác Pascal như sau:
Bảng 1.2. Tỷ lệ cường độ tín hiệu
Tỷ lệ chiều cao các vạch
trong mỗi nhóm
1

Số đỉnh

Ký hiệu

1 đỉnh

Singlet

Số proton
(N)
0

1:1

2 đỉnh

duplet

1

1:2:1

3 đỉnh

Triplet

2

1:3:3:1

4 đỉnh

Qualet

3

1:4:6:4:1

5 đỉnh

Quynlet

4

1:5:10:10:5:1

6 đỉnh

Sexlet

5

1:6:15:20:15:6:1

7 đỉnh

septet

6

Nhìn bảng trên thấy các nhóm tín hiệu có độ bội lớn thì cường độ tín
hiệu đỉnh giữa và đỉnh ngoài gấp nhau nhiều lần vì thế đối với nhóm 6, 7
đỉnh trở lên thì chỉ xuất hiện một số ít hơn. Ví dụ nhóm 7 đỉnh thường chỉ
xuất hiện 5 đỉnh.
Ngoài ra khoảng cách giữa hai đỉnh liền nhau ở mỗi nhóm được đo
bằng Hertz (Hz) và được gọi là hằng số tương tác spin-spin J.
c. Độ chuyển dịch hoá học:
Độ chuyển dịch hóa học : Do hiệu ứng chắn từ khác nhau nên các hạt
nhân 1H và

13

C trong phân tử có tần số cộng hưởng khác nhau. Đặc trưng

cho các hạt nhân 1H và 13C trong phân tử có độ chuyển dịch hóa học δ; đối
với hạt nhân 1H thì:


 TMS  x 6
.10 ( ppm)
o

Trong đó: νTMS, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn TMS và của
hạt nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ.
Đối với các hạt nhân khác thì độ chuyển dịch hóa học được định nghĩa
một các tổng quát như sau:
10
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN



 chuan  x 6
.10 ( ppm)
o

Trong đó: νchuan, νx là tần số cộng hưởng của chất chuẩn và của hạt
nhân mẫu đo, νo là tần số cộng hưởng của máy phổ.
Dựa vào độ chuyển dịch hóa học  ta biết được loại proton nào có mặt
trong chất được khảo sát. Đối với 1H-NMR thì δ thường có giá trị từ 0-12
ppm, đối với 13C-NMR thì δ thường có giá trị từ 0-230 ppm
c. Tương tác spin- spin J
Đối với mỗi hạt nhân hoặc một nhóm hạt nhân, người ta nhận được một
tín hiệu đặc trưng chỉ có một đỉnh nhưng cũng có khi gồm một nhóm 2, 3, 4,
5 đỉnh khác nhau. Ví dụ phổ cộng hưởng từ proton của etanol có các tín hiệu
đặc trưng cho nhóm OH (1 đỉnh), nhóm CH2 (4 đỉnh), CH3 (3 đỉnh). Nguyên
nhân của sự xuất hiên nhiều đỉnh trên là do mỗi hạt nhân có I=1/2 đã sinh ra
hai từ trường riêng biệt. Hai từ trường này tác dụng lên hạt nhân bên cạnh làm
phân tách mức năng lượng chính của nó thành hai mức năng lượng khác nhau.
Trường hợp 2, 3 hạt nhân cùng tác động từ trường riêng của minh lên cùng
một hạt nhân khác thì năng lượng cộng hưởng của hạt nhân đó bị phân tách
thành nhiều mức năng lượng khác nhau mà mỗi mức năng lượng cộng hưởng
này cho một đỉnh trên phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton.
Hằng số tương tác spin-spin J được xác định bằng khoảng cách giữa
các hợp phần của một vân phổ. Dựa vào hằng số tương tác spin-spin J ta có
thể rút ra kết luận về vị trí trương đối của các hạt nhân có tương tác với nhau.
1.1.3.2. Ứng dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân

- Phổ cộng hưởng từ hạt nhân có nhiều ứng dụng quan trọng trong hóa
hữu cơ. Tuy nhiên, ứng dụng chủ yếu là để xác định cấu tạo hợp chất hữu cơ
tinh khiết và phân tích định tính, định lượng hợp chất hữu cơ.
- Xác định cấu tạo hợp chất hữu cơ: Phổ cộng hưởng từ hạt nhân đặc
biệt quan trọng đối với việc nghiên cứu cấu hình mạch chính, đòng phân và
11
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




dạng hình học không gian của phân tử. Dạng hình học không gian của phân tử
có liên hệ với sự có mặt ở trong các phân tử hợp chất hữu cơ những nhóm từ
tính không đẳng hướng mà sự phân bố không gian của chúng ảnh hưởng
mạnh đến dạng phổ. Thuộc vào những nhóm như là các vòng thơm, vòng béo,
các nhóm cacbonyl, axetilen và nitrin. Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân
có thể xem là vô giá để xác định các đồng phân hình học, thành phần hỗn hợp
xeto - enol và những tautome khác.
- Phân tích định tính và định lượng hợp chất hữu cơ:
- Với mục đích định tính, phổ cộng hưởng từ hạt nhân được sử dụng để
đồng nhất hóa (kiểm tra độ tinh khiết) chất phân tích với một giả định bằng
cách so sánh phổ của mẫu nghiên cứu với phổ chuẩn trong bản đồ tra cứu
(atlas) ghi trong cùng điều kiện.
- Nếu dạng của hai phổ đồng nhất với nhau thì có thể xem hai hợp chất
cùng một loại hoặc cùng một hợp chất. Việc phát hiện các nhóm chức bằng
cộng hưởng từ hạt nhân khá đơn giản đối với các nhóm có chứa các hạt nhân từ
như các nhóm amino, hidroxi, cacboxyl, anđehit, cũng như các nhóm có chứa
flo, photpho. Trong trường hợp không chứa các hạt nhân từ (nhóm cacbonyl,
một số nhóm chứa oxi và lưu huỳnh hoặc các halogen không phải là flo) thì có
thể dựa vào sự biến đổi sinh ra trong đặc tính của những proton ở gần (proton)

hoặc xa hơn. Mặc dù có sự trùng lặp đáng kể về độ dịch hóa học. Sự phân biệt
các vùng hấp thụ vẫn có thể nhận biết được đối với từng nhóm chức. Việc
nghiên cứu đồng thời phổ hồng ngoại và phổ cộng hưởng từ hạt nhân cũng như
phổ khối lượng để phân tích nhóm chức sẽ cho kết quả chắc chắn hơn.
- Việc áp dụng phổ cộng hưởng từ hạt nhân trong phân tích hữu cơ định
lượng là dựa vào điện tích của vạch hấp thụ (cường độ tín hiệu cộn hưởng) tỉ
lệ với số hạt nhân tạo ra sự hấp thụ đó. Việc tính hàm lượng chất nghiên cứu
có thể được thực hiện theo phương pháp thêm hoặc đường chuẩn.
12
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




1.1.4. Phương pháp phổ khối lượng (MS)
Phương pháp phổ khối lượng là phương pháp vât lý nghiên cứu cấu
trúc phân tử của các hợp chất trên cơ sở xác định chính xác khối lượng của
các phần tử và toàn phân tử.
1.1.4.1. Cơ sở lí thuyết
Khi cho các phân tử ở trạng thái khí va chạm với một dòng electron có
năng lượng cao thì các phân tử sẽ bật ra 1 hay 2 electron, và nó trở thành các
ion có điện tích +1 (chiếm tỉ lệ lớn) và +2:
ABC + e →
→

ABC+*

+ 2e

ABC+2*

+ 3e

Nếu các ion phân tử tiếp tục va chạm với dòng electron có năng lượng
lớn thì chúng sẽ bị phá vỡ thành nhiều mảnh ion, thành các gốc hoặc các phân
tử trung hòa khác nhau, được gọi là quá trình phân mảnh.
ABC+* + e →

BC*

+

A+

ABC+* →

AB+

+

C*

AB + →

A+

+

B

→

….

Năng lượng của quá trình phân mảnh chỉ vào khoảng 30-100eV, cao
hơn năng lượng ion hóa phân tử (8-15eV). Quá trình biến các phân tử trung
hòa thành các ion được gọi là sự ion hóa.
Xác suất sự có mặt của các mảnh ion phụ thuộc chủ yếu vào năng
lượng va chạm của các phân tử .
Các ion có khối lượng m và điện tích e. Tỉ số m/e được gọi là số khối
z. Bằng cách nào đó tách các ion có số khối khác nhau ra khỏi nhau và xác
định đươc xác suất có mặt của chúng rồi vẽ đồ thị biểu diễn mối liên quan

13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




giữa xác suất có mặt (hay cường độ I) và số khối z thì đồ thị này được gọi
là phổ khối lượng.
1.1.4.2. Ứng dụng của phổ khối
- Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của
phân tử hợp chất hay từng phần tách riêng của nó.
- Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất.
- Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần tách
riêng của nó.
- Định lượng lượng hợp chất trong một mẫu dùng các phương pháp
khác (phương pháp phổ khối vốn không phải là định lượng)
- Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí (ngành hóa học về ion và

chất trung tính trong chân không)
- Xác định công thức phân tử dựa vào phân tử khối chính xác hoặc dựa
vào cường độ tương đối của ion phân tử đồng vị.
1.2. Tổng quan về quinolin và tropolon
1.2.1. Quinolin
1.2.1.1. Giới thiều chung về Quinolin
Các dẫn xuất của 8-hiđroxiquinolin thường có biểu hiện hoạt tính sinh
học khác nhau, đặc biệt là hoạt tính diệt khuẩn, diệt nấm. Đó là các phức selat
của 8-hiđroxiquinolin, các dẫn xuất halogen và nhiều dẫn xuất khác.
COOCH3
Br

N

Cl

OH
I

OH
N

Cl

N

COCH3

Phức selat của 8-hiđroxiqunolin với đồng (II) được dùng để phòng nấm
mốc cho da thuộc; 5-cloro-7-iođo-8-hiđroxiquinolin là chất diệt khuẩn lị.

14
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Một dẫn xuất của amioacriđin, mang tên thương mại acranil, có tính
kháng virut:
Cl

N
OCH3
NHCH2CH(OH)CH2N(C2H5)2.2HCl

Để trừ giun sán cho vật nuôi, người ta dùng một số dẫn xuất của quinolin.
CH3
CH3
(CH3)2N

N

C6H5
N

CH CH

CH3

Cũng có ứng dụng tương tự là một dẫn xuất của aminoacriđin
N

CH3O
NH2CH[CH2]3NH(C2H5)2 2CH3SO3
CH3

Quinin và cinconin là những hợp chất thiên nhiên chứa vòng quinolin
được dùng để trị bệnh sốt rét. Phỏng theo cấu trúc của chất này, người ta đã
thành công trong việc tìm kiếm những thuốc tổng hợp có hoạt tính tương tự
mà ưu việt hơn, như cloquin, plasmoquin, pentaquin,…
Cl

NHR

N

N
X
CH3O

NHCH[CH2]3NCH2CH3
CH3
R
X = H; R = CH2CH3; Cloquin
X = H; R = CH2CH2OH; Hidroxicloroquin
X = CH3; R = CH2CH3; Sontoquin

R = CH[CH2]3N(CH2CH3)2 ; Plasmoquin
CH3
R= [CH2]5NHCH(CH3)2; Pentaquin

15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




Một số dẫn xuất của acriđin cũng biểu hiện hoạt tính chống sốt rét.
[CH2]3N(CH3)2
Cl

N

N
OCH3
CH3

NHCH[CH2]3N(CH2CH3)2
CH3

Quinacrin

CH3

§imetacrin

Một số dẫn xuất khác nhau của 4-aminoquinolin có hoạt tính giảm đau, hạ
sốt, kháng viêm, hạ huyết áp,… Chẳng hạn 4-amino-6,7-ddimetoxxiquinolin
(amquinsin) và sản phẩm ngưng tụ với veratranđehit (leniquinsin) là những tác
nhân làm giảm huyết áp:
CH3O

N

CH3O

N
OCH3

CH3O

CH3O

N=CH

NH2

OCH3

Leniquinsin

Amquinsin

Acrifavin, một hỗn hợp của 3,6-điaminoacriđin và 3,6-điamino-10metylacriđini clorua, là một thuốc nhiễm trùng.
Đặc biệt là p-đimetylaminostirylquinolin và muối amoni iođua bậc bốn
có tác dụng ức chế sự phát triển của các khối u và được dùng trong điều trị
bệnh máu trắng.
Cyanin là một nhóm phẩm nhuộm quan trọng dùng trong kĩ thuật ảnh
màu, vì chúng chứa cấu trúc có khả năng hấp thụ ánh sáng ở vùng khả kiến và
hồng ngoại. Hai chất tiêu biểu là cyanin và pinacynol:
C2H5

N

CH

N C2H5

I

C2H5

C2H5

N

N
I
Pinacinol

Cyanin

16
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




1.2.1.2. Tổng hợp quinolin
Có nhiều phương pháp tổng hợp vòng quinolin, đa số xuất phát từ
arylamin thơm và hợp chất cacbonyl, thực hiện quá trình tạo dị vòng thường
bằng cách hình thành hai liên kết a, d, song cũng có khi hình thành các liên

kết a, c hoặc chỉ a hay chỉ d.
N a
b
d

c

N a
C

Na
C

C

C
Cc

d C
Na
C
C

N

C
d C

C
C

1.2.2. Tropolon
Tropon và tropolon đã được biết đến từ lâu. Chúng tồn tại trong tự
nhiên chủ yếu dưới dạng các ancaloit (troponoit, tropolonoit) có trong thực vật,
nấm, v.v. Đa số những hợp chất đó thể hiện những hoạt tính sinh học quí giá và
đã được sử dụng làm thành phần một số loại thuôc kháng sinh, thuốc chống ung
thư, kháng khuẩn [6]. Trong số đó Colchicin được chiết xuất từ hoa Colchium
autumnale (mọc ở vùng núi Uran, Krưm thuộc Ucraina,v.v) được sử dụng để
chữa bệnh viêm khớp. Hiện nay nó được sử dụng làm thuốc chữa bệnh gout cấp
tính, bệnh viêm gan C và có hoạt tính chống khuẩn Mito [7,8]. Ngoài ra,
colchicin được sử dụng trong các bệnh ngoài da ví dụ như actinic keratoses,
bệnh vẩy nến…Chính vì vậy, từ các thập niên 60-70 đến nay nhiều công trình
nghiên cứu về cấu trúc cũng như hoạt tính sinh học của các hợp chất hữu cơ có
chứa hệ tropolon đã được đăng tải trên các tạp chí quốc tế uy tín[9,10]. Dưới
đây là một số ví dụ về các hợp chất có chứa hệ tropon và tropolon đã biết.

17
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN